물속으로 사라지는 ‘몰드(mold)’로 메타표면 제작 공정 효율 높여

  • 전준혁
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  • 입력 2023-07-31 10:57  |  수정 2023-07-31 11:01  |  발행일 2023-07-31
포스텍 노준석 교수·김주훈 씨, 고려대 이헌 교수 공동 연구팀
수용성 나노임프린트 몰드로 고해상도·고종횡비 모두 이뤄
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수용성 나노임프린트로 전사된 다양한 고종횡비 구조체와 대면적 메타렌즈. <포스텍 제공>

국내 연구진이 물속으로 사라지는 '몰드(mold)'로 메타표면 제작 공정 효율을 향상한 연구 결과를 발표했다. 공정비용이 저렴하고 속도가 빠른 나노임프린트 공정으로 고해상도·고종횡비 모두 이룬 것으로 평가받는다.

31일 포스텍은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김주훈 씨, 고려대 신소재공학부 이헌 교수 공동 연구팀이 수용성 몰드를 개발해 결함 없이 고해상도·고종횡비 메타표면을 생산하는 데 성공했다고 밝혔다.

패턴이 새겨진 몰드를 사용해 도장처럼 구조체를 찍어내는 '나노임프린트 리소그래피(Nanoimprint lithography)'라는 메타표면 제작 기술은 비용이 저렴하며 속도가 빠르다. 하지만 몰드와 분리하는 과정에서 구조체가 손상될 수 있고, 구조체가 커질수록 더 잘 손상되기 때문에 메타표면에 요구되는 고해상도와 고종횡비를 모두 달성하기 어려웠다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 수용성 나노임프린트 몰드를 개발했다. 몰드에서 구조체를 떼어내지 않고, 물에 몰드를 녹여 구조체와 분리함으로써 구조체에 손상을 주는 과정 자체를 없앤 것이다. 수용성 몰드는 물에 잘 녹으면서 유연한 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol, PVA)을 사용해 제작됐다.

해당 수용성 몰드를 이용해 실험을 진행한 결과, 100nm 이하의 작은 구조체를 전사하기 충분한 높은 해상도와 높은 종횡비(10:1)로 1cm 크기의 대면적 메타렌즈를 제작하는 데 성공했다. 또 가시광선 영역에서 기능이 저하되지 않고 성능을 유지했다.

노준석 교수는 "수용성 몰드로 손쉽게 나노임프린팅에서 고해상도와 고종횡비 모두 달성했다는 데 큰 의의가 있다"며 "현재 함께 개발 중인 심자외선 리소그래피 기반 대면적 몰드 제작 기술과 함께 적용돼 메타표면의 상용화에 도움이 되기를 바란다"고 말했다.

한편, 이 연구는 광학 분야에서 세계적으로 영향력이 있는 학술지인 '포토닉스(PhotoniX)'에 개재됐다.

전준혁기자 jjh@yeongnam.com

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